最近，來(lái)自美國喬治華盛頓大學(xué)（GWU）的一組研究人員，開(kāi)發(fā)了一種更快的方法，使用光遺傳學(xué)來(lái)預測潛在新藥是否將會(huì )引起心律失常。

　　光遺傳學(xué)是一種使用光來(lái)控制細胞的技術(shù)，用于神經(jīng)學(xué)已有十年的時(shí)間，目前最普遍的也是將這項技術(shù)應用于神經(jīng)科學(xué)的研究，用光照來(lái)調整神經(jīng)元上通道的開(kāi)關(guān)、激活特定細胞群等等。例如，前不久，德國馬克斯普朗克生物控制論研究所的科學(xué)家，與ErnstStrüngmann研究所和英國紐卡斯爾大學(xué)的研究人員一起，使用光遺傳學(xué)方法，首次從功能上證明了猴子視覺(jué)系統中一個(gè)迄今知之甚少的神經(jīng)連接。在這個(gè)月，霍華德?休斯醫學(xué)研究所的科學(xué)家們利用光遺傳學(xué)技術(shù)，確定了大腦是如何控制運動(dòng)的。

　　然而，也有科學(xué)家逐漸將這項技術(shù)擴展至其他領(lǐng)域，例如生物制藥或是更直接的臨床治療。例如，今年3月份，美國塔夫斯大學(xué)的生物學(xué)家，利用一種蛙模型首次證明，他們能夠用光來(lái)控制細胞間的電子信號，從而防止腫瘤的形成和并使腫瘤正?；?，這是首次將光遺傳學(xué)技術(shù)應用于控制腫瘤發(fā)生（光遺傳學(xué)首次用于控制腫瘤發(fā)生）。在去年1月份，來(lái)自歐洲高級研究中心的科學(xué)家們，首次成功地通過(guò)光遺傳學(xué)來(lái)控制精子的功能。他們將一種用于cAMP合成的光激活酶，插入缺乏內源酶的小鼠精子。這些小鼠的精子通常是非運動(dòng)性的，因此小鼠是不育的。用藍光刺激這些精子之后，它們能夠產(chǎn)生cAMP，開(kāi)始再次游動(dòng)，甚至能夠使卵細胞受精（首次成功利用光遺傳學(xué)治療不育）。但是目前，這種技術(shù)在心臟研究中還相對較新。

　　在新開(kāi)發(fā)的系統中，該研究小組用光來(lái)使心肌細胞跳動(dòng)，并通過(guò)光學(xué)測量它們的反應。這可讓他們自動(dòng)化地操縱藥物檢測的過(guò)程，從而提供了一種快速的新方法，來(lái)排除有著(zhù)潛在危險的藥物。這種技術(shù)簡(jiǎn)化了一個(gè)主要的手動(dòng)過(guò)程，研究人員開(kāi)展這個(gè)過(guò)程以符合FDA的測試需求，并確保藥品的安全性。該研究團隊當前的系統可以在不到10分鐘的時(shí)間內，測試30000個(gè)光敏感細胞——比標準實(shí)踐中的時(shí)間更短，后者可能需要數小時(shí)甚至數年的時(shí)間。

　　這項研究成果以“OptoDyCEasanAutomatedSystemforHigh-ThroughputAll-OpticalDynamicCardiacElectrophysiology”為題，于周二發(fā)表在Nature子刊《NatureCommunications》。

　　本文資深作者、GWU生物醫學(xué)工程教授EmiliaEntcheva指出：“這種新方法有可能大大提高我們?yōu)橹匕Y患者獲得安全的基本藥物的速度。重要的是，我們證明，可以將干細胞技術(shù)與我們的新方法相結合，使用病人自己的血液細胞，做到這一點(diǎn)。開(kāi)發(fā)新藥物的最大挑戰之一是，進(jìn)行測試以確保我們處理一個(gè)問(wèn)題的時(shí)候不會(huì )造成任何心臟毒性。這種技術(shù)可幫助我們確保這樣做。”

　　為了讓藥物得到FDA批準，它們必須經(jīng)過(guò)審查，以確保它們不會(huì )威脅到心臟或身體的其他部分。在最早的測試階段中，研究人員用藥物處理細胞，以查看它們的反應。傳統上，最可靠的方法是通過(guò)直接探討細胞，手動(dòng)測量它們的反應。新的高通量技術(shù)可加速這種做法。然而，到目前為止還沒(méi)有這樣的高通量系統，被用于處理真實(shí)的心臟細胞。Entcheva博士的研究有助于讓我們更為完整地了解“在藥物開(kāi)發(fā)過(guò)程的早期，一種藥物如何可能會(huì )影響心臟”，從而可以節省大量的時(shí)間和資源，花在其他新的候選藥物上。

　　本文第一作者、Entcheva的博士研究生AleksKlimas指出：“光刺激和光學(xué)記錄的好處在于，它提供了一種方法，動(dòng)態(tài)地控制數以百萬(wàn)計的細胞，同時(shí)無(wú)需接觸樣本。這不僅可讓我們更快地完成測試，而且還提供了一種更安全的方式測量你是否檢測到了有害物質(zhì)。”

　　除了應用于藥物開(kāi)發(fā)領(lǐng)域之外，科學(xué)家們還可以使用該方法，來(lái)證實(shí)干細胞已經(jīng)正確地成長(cháng)為心臟細胞。這項新技術(shù)將幫助他們改善這些新制備的心臟細胞的質(zhì)量，并加快它們在診所的使用。

　　該技術(shù)也有可能被制藥企業(yè)采用，來(lái)加快藥物研發(fā)的進(jìn)程。完成她在喬治華盛頓大學(xué)的生物醫學(xué)工程博士學(xué)位后，Klima女士希望將這個(gè)想法商業(yè)化，并發(fā)展企業(yè)讓該設備走上市場(chǎng)。